Электропривод

 

(72) Авторы изобретения

Г. И. Болтунов, В. Н. Дроздов, А.Е. Козярук Ленинградское производственное электромаш (7! ) Заявители обьединение "Электросюта им С.М. Кирова институт точной механики и оптики (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам автоматического управления электродвигателями, обеспечивающими оптимальное по быстро действию регулирование частоты вращения электродвигателей, управляемых по цепи обмотки возбуждения.

Известен электропръъод постоянного тока, подчиненного регулирования, содержащий электродвигатель, последова тельно соединенные задающее устройство, первый сумматор, регулятор скорости, второй сумматор и регулятор тока обмотки возбуждения электродвигателя 1 Ц.

Недостатком этого устройства-являет.ся низкое быстродействие при ступенча том изменении задающего воздействия.

Наиболее-..близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее электродвигатель, задающий блок, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с датчиком частоты вращения электродвигателя, стационарный

2 функциональный преобразователь, нелинейный элемент, выход которого соединен с усилителем Nomgoers, выход которого соединен с двигателем, датчик тока возбуждения электродвигателя (2 .

Однако использование етого устройства не позволяет обеспечить высокое быстродействие прн управлении электроприводом по цепи возбуждения.

Бель юобретения - повышение быстро» действия устройства.

Поставленная цепь достигается тем, : что в устройство дополнительно введены перестраиваемый функционалыый преоб13 раз ователь, блок расчета параметров, ло»гичесисий блок, коммутатор, выход:кото-! рого соединен с входсм нелинейного эле мента, выход эадакяцего блока соединен с входом блока расчета параметров, вы

20 ход которого соединен с входом перест ранваемого функционального преобразователя, другой вход которого соединен с выходом сумматора, а третий вход - с датчиком тока вээбуждения, который сов=

3 Ì493

<динен с одним входом стационарного преобразователя, второй вход которого со<динен с датчиком частоты вращения электродвигателя, выход перестраиваемого и стационарного функциональных преобразователей соединены с входами коммутато-. е ра и;логического блока, выход которого соединен с другим входом коммутатора, выход которого соединен с нелинейным элементом. 16

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 - графи ки поясняющие его работу.

Устройство содержит электродвигатель

1, задающий блок 2, выход которого сое- 1$ динен с первым входом сумматора 3, второй вход которого соединен с датчиком

4 тока возбуждения электродвигателя 1, стационарный функциональный преобразова-.. тель 5, нелинейный элемент 6, выход 2э которого соединен с усилителем 7 мощности, выход которого соединен с обмот» кой возбуждения электродвигателя 1, датчик 8 частоты вращения электродвигателя 1, перестраиваемый функциональный 2$

O преобразователь 9 блок 10 расчета параметров, логический блок 11, коммутатор

12, выход которого соединен с входом нелинейного. элемента 6. Выход задающего блока 2 соединен с входом блока 10, выход которого соединен с входом перест разваемого функционального преобразователя 9, другой вход которого соединен с выходом сумматора 3, а третий вход - с датчиком 8, который соединен также с

3$ одним входом стационарного функционального преобразователя 5, второй вход которого соединен с датчиком 4. Выходы нерестраиваемого и стационарного функциональных преобразователей 9 и 5 соединены с входами коммутатора 12 и логического блока 11, выход которого соединен с другим входом коммутатора

12, выход которого соединен с нелинейным элементом 6.

Устройство работает следующим об4$ разом.

Электродвигатель 1, управляемый по цепи возбуждения, с учетом коэффициента усилителя 7 описывается системой дифференциальных уравнений:

cI Х„=9 (Х1)+а11Х1Х +а„ Х ; а

a<=a«x go, где 1(1, М угловая скорость электродвигателя, ток обмотки возбуждения;

8 4 (J - напряжение на выходе управляющего устройства; ф(Х„)- приведенный момент динамичеокого сопротивления;

<".< CI p — постоянные коэффициенты.

7" 2

В соответствии с ограничением на напряжение обмотки возбуждения на величину Ц накладывается ограничение

)v! о.

Линия 5 установившихся значений скорости электродвигателя 1 в координатах )(,, Х описывается уравнением:

<О(МД О.Ц1Х„К;2 +ОП Х - О (2.)

< и для случая ц(Х„) = РоХ<Мр gq имеет вид, представленный на фиг. 2.

Здесь же приведены типовые траектории оптимального по быстродействию разгона электродвигателя 1 до заданного значения установившейся скорости Х, вклю чающие три участка: ОВ-участок движения при 0 = U ; ВС-участок движения при tO(

I участок СР - по линии переключения 5 описываемой приближенным уравнением:

1 - Х,Д + С,, Х 1 < С 5 g (4 )

t где С, С - коэффициенты аппроксимации фазовой траектории, проходящей через точ.0 при О=+Uo °

Значения С и С. зависят от величины заданной скорости )(„, т.е. С СА(Х,„), С =С (Х . ). Отклойение движения системы от рассматриваемых участков оптимальной траектории оценивается функциями: а„ "" 2aX

L, 5p=-(х1-xqq)-c1>g

В предлагаемом устройстве сигналы

3о и в,< получаются с помощью пере- страиваемого и стационарного функциональных преобразователей 9 и 5, как результат обработки выходных сигналов датчиков 1 и 8 и сумматора 3. Причем, перестраиваемый функциональный преобразователь 9 настраивается автоматически в соответствии с текущими значениями параметров С,, и С, вырабатываемыми блоком 10 расчета параметров.

Блок 10 также является функциональным преобразователем, который производит расчет параметров по величине сигнала падает в область А, всегда выполняется

i =О и переключения коммутатора 12 не происходит (фиг. 2, ломаная). В режиме торможения работа устройства протекает аналогично.

Для исключения вибраций управляюще» го сигнала и выходных координат при движении системы вдоль оптимальной траектории, нежелательных в системах большой мощности, релейная зависимость, реализуемая нелинейным алементом 6, может быть заменена на нелинейность типа "насыщение", коаффициент линейного участка которой определяется в зависимости от условий работы электродвигателя 1 и желаемой степени приближения к оптимальному режиму.

Применение предлагаемого устройства позволяет уменьшить длительность пере ходных процессов разгона и реверса элек-. тродвигателя, так как при любых значени-, ях задающего воздействия переходные процессы протекают оптимальным образом.

Наибольший технико-экономический аффект может быть достигнут при исполь= зовании устройства управления в системах, работающих в режиме частых ступенчатых регулировок угловой czopocrs. Так, на пример, применение устройства для управления электродвигателем электрической установки транспортных средств позволяет значительно увеличить их маневренность.

Электропривод, содержащий электродвигатель, задающий блок, выход которого соединен с первым входом умматора, 5 9649

)(., поступающего с задающего устройства 2. Характер зависимостей С„= С„(Х„.,) и С = С,.(Х -) д лУчан,и(Х)=а Х 5 яИХ„ иллюстрируется фиг. 3.

Для обеспечения попадания изображающей точки (Х,,% . ) на линию Я или

5+ и последующего движения вдоль оптимальной траектории, составленной иэ отрезков этих линий, формируется релвйный с переменной структурой закон управ I лений по отклонению:

-U gggЪ IIPH f -0, "- -uй иЕ . ри "-1 где-О cj Я„- релейная функциональная зависимость, реализуемая нелинейным элементом 6, ., 1 - управляющий сигнал, формируемый логическим блоком 11 и поступающий на вход С коммутатора 12.

Значение сигнала и, следовательно, 2о структура закона управления (6) определя ются текушим состоянием электродвигателя 1: 1 l, если изображающая точка находится внутри области А (фиг. 2), !

;1 =О - в остальных случаях.. 25

В режиме разгона алектродвигателя 1 логический блок 1 1 реализует следующий алгоритм: у ОоссО

1 =1 при,0

1 = О В остальных случаях. ЗЕ

Коммутатор 12 представпяет собой управляемый контакт, осуществляющий переключение структуры закона управления (6), т.е. подключение к нелинейному элементу 6 сигналов gz или 0. в зави- симости от значения

Рассмотрим работу устройства в режиме разгона электродвигателя 1 от нулевой скорости. При поступлении на вход блока 10 задающего воздействия X<> блок 10 вырабатывает значения параметров С, и С, и производит настройку перестраиваемого. функционального преобразователя 9. Сигналы с датчиков 4 и 8 и сумматора 3 поступают на входы пере- страиваемого и стационарного функциональных преобразователей 9 и 5„ Последние производят расчет текущих значений cup налов 90 и Ю, подающихся на входы ком мутатора 12 и логического блока 11. На выходе логического блока 1 1 формируют» ся управляющий сигнал 1 = О. При атом сигнал gp (0 со входа коммутатора 12 поступает на его. выход и, следовательно, вход нелинейного элемента 6. Формирует ся сигнал U = 0 о щи Во= Оо, подается

И на вход усилителя 7 и алектродв1игателя

1 приходит в движение, соответствующее перемещению изображающей точки (У, 38 6

Х ) по отрезку ОВ (фиг.2). По мере возрастания скорости и тока точка попадает в область А, выполняются условия, при которых на выходе логического блока ll

4 *1, и происходит переключение коммутатора 12. Сигнал с входа в подается . на вход нелинейного элемента 5. Формируется управляющее воздействие ((= —.

=-U,Iqigp 8,0áeñïå÷èâàþòåå скольжение изображающей точки вдоль отрезка ВС линии Я . После выхода системы из об»ласти А в точке С выполняется ;1 0 и

5< r 0. Коммутатор 12 цереключается. На выходе нелинейного элемента 5 формируется сигнал 0=-0о 1Я и6 =-О,р, изображающая точки движется вдоль линии с у до попадания в точку Д), где Х = Х„ .

При разгоне до меньших значений угловой скорости, когда система нв поФорму@а изобретения

7 964М8 8 второй вход которого соединен с датчи матора, а третий вход - с датчиком тока ком частоты вращения электродвигателя, возбуждения, который соединен с одним стационарный функциональный преобразо- входом стационарного преобразователя, ватель, нелинейный элемент, выход кото- второй вход которого соединен с датчиком рого соединен сусилителем мощности,,вы g частоты вращения электродвигателя, выход которого соединен с электродвигате- ходы перестраиваемого и стационарного лем, датчик тока возбуждения электро- функциональных преобразователей соедидвигателя, î т л и ч а в шийся тем, неиы с входами коммутатора и:логическочто, с целью повышения быстродействия, го блока, выход которого соединен с в него дополнительно введены перестраи- tO другим входом коммутатора. ваемый функциональный преобразователь, блок расчета параметров, логический блок, Источники информации коммутатор, выход которого соединен с принятые во внимание при экспертизе входом нелинейного элемента, выход 1. Шитилло В. П. Автоматизированзадающего блока соединен с входом блока И ный вентильный электропривод, N., "Энеррасчета параметров, выход которого сое- гия", 1969, с. 368-393. динен с входом перестраиваемого функ- 2. Атанс М., Фалб П. Оптимальное ционального преобразователя, другой управление. М., Машиностроение, 1968, вход которого соединен с выходом сум- с. 451-579.

Puz.

<Риг. Р

Составитель Ю. Воробьев

Редактор И. Касарда Техред Т.фанта Корректор Н, Король

Заказ 7685/44 Тираж 721 Подписное

ННИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4